大學(xué)物理物質(zhì)的磁性修改

(大學(xué)物理）物質(zhì)的磁性（修改）本章教學(xué)要求：了解介質(zhì)的磁化現(xiàn)象及其微觀解釋。了解鐵磁質(zhì)的特性。了解各向同性介質(zhì)中H和B之間的關(guān)系和區(qū)別。了解介質(zhì)中磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理。

本章重點：磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理，磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理本章難點：各類磁介質(zhì)的磁化機(jī)理，鐵磁質(zhì)的特性返回目錄下一頁上一頁磁介質(zhì)內(nèi)部：定義介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率：三種不同的磁介質(zhì)：下一頁上一頁充滿介質(zhì)的長直螺線管內(nèi)部順磁質(zhì)，抗磁質(zhì)都稱為弱磁質(zhì)下一頁上一頁順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)的磁化電子磁矩（源于繞核運(yùn)動與自旋）。下一頁上一頁_I下一頁上一頁電子的軌道磁矩與角動量的關(guān)系：下一頁上一頁在外磁場中，每個電子磁矩，受到力矩則動量矩連續(xù)變化。則以為軸進(jìn)動。進(jìn)動進(jìn)動abc抗磁質(zhì)的磁化機(jī)理下一頁上一頁順磁質(zhì)，即在作用下轉(zhuǎn)向方向，使得與同向?？勾刨|(zhì)，但進(jìn)動產(chǎn)生，與反向，使得與反向。分析（b）（c）兩圖有：分子中各個電子因進(jìn)動產(chǎn)生的附加磁矩總與的方向相反。下一頁上一頁磁化強(qiáng)度與磁化電流磁化強(qiáng)度（與電極化強(qiáng)度定義類似。）2.磁化電流

對于各向同性的均勻介質(zhì)，介質(zhì)內(nèi)部各分子電流相互抵消，而在介質(zhì)表面，各分子電流相互疊加，在磁化圓柱的表面出現(xiàn)一層電流，好象一個載流螺線管，稱為磁化面電流（或安培表面電流）。下一頁上一頁設(shè)介質(zhì)表面沿軸線方向單位長度上的磁化電流為（面磁化電流密度），則長為L的一段介質(zhì)上的磁化電流強(qiáng)度

為下一頁上一頁取一長方形閉合回路ABCD，AB邊在磁介質(zhì)內(nèi)部，平行與柱體軸線，長度為l，而BC、AD兩邊則垂直于柱面。磁化強(qiáng)度對閉合回路的線積分等于穿過回路的總磁化電流。下一頁上一頁磁介質(zhì)中的高斯定理下一頁上一頁磁場與磁化電流產(chǎn)生的附加磁場介質(zhì)內(nèi)任意一點的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)是傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的的矢量和，即

磁介質(zhì)中的高斯定理與安培環(huán)路定理磁化電流產(chǎn)生的附加磁場的磁感應(yīng)線也是閉合的通過任一閉合曲面的磁通量為零，在任何條件下都成立磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強(qiáng)度無磁介質(zhì)時有磁介質(zhì)時下一頁上一頁定義

為磁場強(qiáng)度

磁場強(qiáng)度矢量的國際單位制是A/m.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：磁場強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分（的環(huán)流）等于穿過該路徑的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，與磁化電流無關(guān)。有磁介質(zhì)時的安培環(huán)路定理下一頁上一頁

實驗證明：對于各向同性的介質(zhì)，在磁介質(zhì)中任意一點磁化強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度成正比。

式中只與磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱為磁介質(zhì)的磁化率，是一個純數(shù)。如果磁介質(zhì)是均勻的，它是一個常量；如果磁介質(zhì)是不均勻的，它是空間位置的函數(shù)。下一頁上一頁相對磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率下一頁上一頁值得注意：為研究介質(zhì)中的磁場提供方便而引入的一個輔助量，才是反映磁場性質(zhì)的基本物理量。在有磁介質(zhì)的情況下，我們可以先求，再求順磁質(zhì)抗磁質(zhì)下一頁上一頁順磁質(zhì)，抗磁質(zhì)H-B曲線例12-2在均勻密繞的螺繞環(huán)內(nèi)充滿均勻的順磁介質(zhì)，已知螺繞環(huán)中的傳導(dǎo)電流為，單位長度內(nèi)匝數(shù)，環(huán)的橫截面半徑比環(huán)的平均半徑小得多，磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分別為和。求環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：在環(huán)內(nèi)任取一點，過該點作一和環(huán)同心、半徑為的圓形回路。

式中為螺繞環(huán)上線圈的總匝數(shù)。由對稱性可知，在所取圓形回路上各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向都沿切線。下一頁上一頁解：當(dāng)環(huán)內(nèi)是真空時當(dāng)環(huán)內(nèi)充滿均勻介質(zhì)時例12-2在均勻密繞的螺繞環(huán)內(nèi)充滿均勻的順磁介質(zhì)，已知螺繞環(huán)中的傳導(dǎo)電流為，單位長度內(nèi)匝數(shù)，環(huán)的橫截面半徑比環(huán)的平均半徑小得多，磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分別為和。求環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。下一頁上一頁如例21-1圖所示，一電纜由半徑為的長直導(dǎo)線和套在外面的內(nèi)、外半和圓筒組成，其間充滿相對磁導(dǎo)率為()的各向同性非鐵磁質(zhì)。電流由半徑為再由外面圓筒流出紙面。求磁場分布。徑分別為的同軸導(dǎo)體的中心導(dǎo)體流入紙面，：下一頁上一頁解：

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下一頁上一頁解（1）當(dāng)兩個無限長的同軸圓柱體和圓柱面中有電流通過時，它們所激發(fā)的磁場是軸對稱分布的，而磁介質(zhì)亦呈軸對稱分布，因而不會改變場的這種對稱分布。設(shè)在圓柱體內(nèi)一點到軸的垂直距離是r1，則以r1為半徑作一圓，根據(jù)安培環(huán)路定理有例12-3如圖所示，一半徑為R1的無限長圓柱體（導(dǎo)體≈

0）中均勻地通有電流I，在它外面有半徑為R2的無限長同軸圓柱面，兩者之間充滿著磁導(dǎo)率為的均勻磁介質(zhì)，在圓柱面上通有相反方向的電流I。試求：（1）圓柱體內(nèi)一點磁場；（2）圓柱體外圓柱面內(nèi)一點的磁場；（3）圓柱面外一點的磁場。IIIR1R2r1r2r3下一頁上一頁IIIR1R2r1r2r3由B＝H，得

式中是該環(huán)路所包圍的電流下一頁上一頁設(shè)圓柱體外圓柱面內(nèi)一點到軸的垂直距離是r2，以r2為半徑作一圓，取此圓為積分回路，根據(jù)安培環(huán)路定理有IIIR1R2r1r2r3在r=R1處，磁感應(yīng)強(qiáng)度B不連續(xù)。下一頁上一頁下一頁上一頁IIIR1R2r1r2r3（3）在圓柱面外取一點，它到軸的垂直距離是r3，以r3為半徑作一圓，根據(jù)安培環(huán)路定理,考慮到環(huán)路中所包圍的電流的代數(shù)和為零，所以得即或2、實驗（略）§鐵磁質(zhì)的磁化和應(yīng)用一、鐵磁質(zhì)的特性1.特性（1）由于磁化，鐵磁質(zhì)內(nèi)部磁場比無鐵磁質(zhì)時增大百倍至千倍以上。（2）不是恒量。即與不是簡單的線性關(guān)系。（3）磁化場撤除后，鐵磁質(zhì)內(nèi)仍得到一定的磁性。下一頁上一頁（4）存在一特定的溫度，稱為居里點，當(dāng)鐵磁物質(zhì)加熱到居里點后，鐵磁性將消失轉(zhuǎn)變?yōu)槠胀ǖ捻槾盼镔|(zhì)。3.起始磁化曲線(a)(b)(c)下一頁上一頁起始磁化曲線OA段，B增加得較緩慢；AC段，B急劇增加；CS段，又緩慢下來；再繼續(xù)增大H時，B幾乎不再變化，達(dá)到飽和。4.磁滯回線(a)B—H磁滯回線下一頁上一頁Br:剩磁Hc:矯頑力Bs:磁感應(yīng)強(qiáng)度B的飽和值磁滯回線：磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化滯后于磁場強(qiáng)度H的變化(b)M—H磁滯回線下一頁上一頁5.磁滯損耗把鐵磁質(zhì)放入交變的磁化場中，被反復(fù)磁化時，由于磁滯效應(yīng)而消耗能量，稱為磁滯損耗。圖無外磁場外磁場外磁場外磁場(a)(b)(c)(d)1、“磁